工汇集雨水利用技术研究主要进展

摘要：人工汇集雨水利用技术研究为“九五”国家科技攻关项目“节水农业技术研究与示范”项目的专题之一，主要研究利用雨水发展干旱半干旱地区农业，通过雨水汇集、存贮和高效利用，促进当地农业生产。主要取得的进展为：确立了试验区，并对试验区所在县进行雨水集流发展动态仿真预测，提出了集流场规划设计指南，研究了存贮雨水的水窖优化结构及其配套的防渗、净化和提水技术，确定了作物的适宜节灌方法以及相应的农业综合技术措施，建立了试验示范区。

关键词：人工汇集雨水 节水农业 旱半干旱地区 水窖 农业综合技术

甘肃省１９８８年率先在我国开展雨水集蓄利用技术研究。研究目标主要是为了解决农村饮水问题，同时，兼顾庭院经济的发展。该项研究较为成功地解决了当地缺水地区的农村饮水问题，并于１９９２年完成了阶段总结报告，总结报告中还对利用雨水发展农业的可行性做了一些分析。 在上述基础上，“九五”国家科技攻关项目“节水农业技术研究与示范”专门设立了“人工汇集雨水利用技术研究”专题，将其研究范畴定位在利用雨水发展干旱半干旱地区农业，即通过雨水的汇集、存贮和高效利用，促进当地农业生产。依据上述思想，本专题设立雨水汇集方式与配套技术研究、雨水存贮与净化技术研究和汇集雨水的高效利用技术研究三个子专题。 几年来，本专题主要以甘肃省定西县为研究基地，通过野外调研、室内试验、野外定点观测、试验示范及大量的综合分析等工作，取得以下主要进展。 一、调研确立试验区，并对试验区所在县进行雨水集流发展动态仿真预测 基于甘肃省开展雨水集蓄利用技术研究工作较早的现实，专题首先对甘肃省集雨节灌工程的现状进行了调研。结果表明，除去投资与管理因素外，雨水汇集利用技术存在的主要问题为工程系统性差、缺乏科学规划设计；集流场形式单一，对沉沙、过滤设施重视不够，灌溉制度研究较为薄弱；同时，坡耕地集雨技术还是空白等。 针对上述情况，我们选择在半干旱地区代表性强，当地政府、群众积极性相对较高的甘肃省定西县作为主要研究区域。利用系统动力学原理，首先建立了定西县雨水利用发展动态仿真模型。选择了三种方案分析计算，即：①充分利用现有的柏油路面等集流面，加速发展庭院及地边的混凝土面集流，以满足农村饮水为主，适当发展节水补充灌溉；②充分利用柏油路面和沙石路面，加快发展庭院集流面和田间人工集流面，在满足农村饮水的同时，发展节水补灌为主；③在充分利用现有公路面、庭院集流面的基础上，近期加快庭院集流面建设，后期则大力发展人工集流面，集流以农灌为主。结合实际，对定西县发展雨水利用提出建议：水窖与集流面建设同步发展，提高水窖利用率；集流工程建设应持续发展，保持适度规模；合理规划布局水窖与集流面、集水与高效利用相结合；加强新型集流材料和窖灌设备的研制推广，促进雨水集流持续发展。 二、开展雨水汇集工程的基本参数、集流场地表处理技术研究，提出集流场规划设计指南 首先分析了研究区降雨参数。通过对该地１９５８～１９９６年降雨资料分析，发现次降雨量＜５ｍｍ的降雨基本上不产流或产流甚少。为此，提出雨水汇集工程参数研究过程中，应重点分析日降雨量≥５ｍｍ的降雨。通过系统分析，提出可按５年一遇最大６０日≥５ｍｍ降雨量作为设计集雨水窖的标准，该降雨量略大于同频率≥５ｍｍ降雨量的５０％。若以３０ｍ３作为水窖容积，对于混凝土集水面、塑料薄膜集水面等，则可容纳约１４０ｍ２集水面的水量。 其次，通过野外定点观测试验，分别对ＨＥＣ（与土混合比例１∶６、１∶８、１∶１０）、水泥土、沙兰特油毡、混凝土、塑膜、玻璃丝油毡等６种材料的集流特征、效率进行了分析研究。野外试验共布设９个小区，截至１９９９年底已获得２８８场次资料，经初步分析，认为ＰＩ３０是影响该地降雨集流的主要影响因子，并建立了集流效率Ｅ与ＰＩ３０的函数关系式。据分析，塑膜集流效率高达８０％以上；同等条件下，沥青玻璃丝油毡集流效率比塑膜高１５％，ＨＥＣ比水泥土高８０％左右。为此，我们推荐ＨＥＣ、沥青玻璃丝油毡、塑膜、沙兰特油毡等４种集流材料，其每平方米造价分别为３～５元、４元、１元及５５元。而目前常用的混凝土每平方米造价高达１８～３０元。 通过上述工作，提出了集雨场规划设计指南。该指南重点论述了规划设计的任务、方法、步骤，并给出了典型集雨工程的设计实例和经济分析。 三、研究存贮雨水的水窖优化结构及其配套的防渗、净化和提水技术 首先，通过野外调研、总结分析以及力学结构计算，提出应大力推广应用的三种水窖形式，即混凝土球形水窖、混凝土薄壳圆柱形水窖及红胶泥水窖，并给出了定型设计图纸，以及相应的施工方法与技术。同时，根据不同作物、不同降雨保证率下的需水量和集水量，确定出蓄水设施的容积。经计算，混凝土球形窖单个容积以２０～４０ｍ３为宜，混凝土薄壳圆柱形窖以４０～６０ｍ３为宜，红胶泥水窖以１５～４０ｍ３为宜。 其次，提出了水窖防渗抗冻技术，即采用１５混凝土，抗渗标号选取Ｓ４，抗冻指标选取Ｄ５０的＃４２５以上的水泥等建材，抹面时掺入２％～５％（指占水泥重量）的防渗剂，且窖体设在地面８０ｃｍ以下。 为确保水窖水质，采取了沉沙与过滤方法，给出了上述设施的定型设计方法，并进行现场观测。水窖水质经分析表明，混凝土窖水的ｐＨ值偏高，高达９７，其主要原因在于水泥中析出ＣａＨＯ）２所致，但４～５年后，ｐＨ均降到７８以下，可满足灌溉需求。 针对雨水利用特点，利用市场现有的小型汽油机泵，采用软轴连接技术，使其吸程增加４～８ｍ，其扬程为３６～４２ｍ，该机可配４～７组Ｆ－４系列或ＳＷ２００系列喷头，实施喷灌作业。